Министерство просвещения Российской Федерации ФГБОУ ВО «Уральский государственный педагогический университет» Институт математики, физики, информатики и технологии Кафедра физики, технологии и методики обучения физике и технологии РАЗВИТИЕ ИНЖЕНЕРНОГО МЫШЛЕНИЯ ШКОЛЬНИКОВ НА УРОКАХ И ВО ВНЕУРОЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПО ФИЗИКЕ Выпускная квалификационная работа Квалификационная работа допущена к защите Исполнитель: Шушарина Зоя Денисовна обучающаяся группы ФиЕ-1701 зав. кафедрой Усольцев А.П. ________ дата _______________ подпись ___________________________ подпись Научный руководитель: Мерзлякова Ольга Павловна канд. пед. наук, доцент ________ _______________ дата подпись Екaтеринбург, 2022 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………...………………… 4 ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ ИНЖЕНЕРНОГО МЫШЛЕНИЯ У ШКОЛЬНИКОВ………………… 1.1. Понятие «инженерное мышление» и необходимость формирования инженерного мышления у школьников на современном этапе развития российского образования………………………………… 1.2. Исторические этапы решения проблемы 7 формирования инженерного мышления…………………………………………………… 12 1.3. Организация проектной деятельности как средство развития инженерного мышления обучающихся…………………………………. 19 1.4. Физический эксперимент и экспериментальные задачи как средство развития инженерного мышления школьников……….……… ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ 25 ИНЖЕНЕРНОГО МЫШЛЕНИЯ НА УРОКАХ И ВО ВНЕУРОЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПО ФИЗИКЕ ……………………………………………………………… 31 2.1. Метод проектов по предмету физика как средство развития инженерного мышления обучающихся………………………………… 2.2. Экспериментальные задачи по физике как средство формирования инженерного мышления обучающихся………………………………… 2.3 Оценивание уровня развития инженерного 34 мышления обучающихся……………………………………………………………… 36 ГЛАВА 3. ОПЫТНО-ПОИСКОВАЯ РАБОТА И ЕЕ РЕЗУЛЬТАТЫ 3.1. Общие сведения об опытно-поисковой работе в школе по формированию у обучающихся инженерного мышления……………… 43 3.2. Этапы опытно-поисковой работы: Констатирующий этап опытно-поисковой работы…………………….. Формирующий и контрольно-оценочный этапы опытно-поисковой работы……………………………………………………………………… ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………… 2 48 50 52 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ………………………………………………… 55 ПРИЛОЖЕНИЕ…………………………………………………………… 60 3 Введение В процессе школьного обучения и воспитания нужно формировать и развивать различные виды мышления, интересы и склонности обучающихся и прививать общечеловеческие ценности. Очень важно формировать у обучающихся различные виды мышления, так как с его помощью обучающиеся познают мир и окружающую действительность. Актуальность развития инженерного мышления в современном мире обусловлена тем, что оно определяет результат и качество любой интеллектуальной деятельности. Важно, что инженерное мышление - не только теоретическое отражение действительности, но и практически оно упрощает решение различных практический задач. Развитие инженерного мышления обучающихся в большой степени влияет на развитие личностей, государства и науки в целом: зачастую именно люди с развитым инженерным мышлением создают сегодняшнюю повседневность, совершают научные открытия и модернизируют уже имеющиеся приборы, продукты и так далее. Проблема заключается в том, что в настоящее время есть потребность в людях технически грамотных и быстро и гибко реагирующих на изменения, происходящие в научно-техническом мире, то есть с развитым инженерным мышлением, но его формированию не уделяется должного внимания. Люди благополучие инженерных экономики профессий государств, определяют создавая безопасность и и совершенствуя отечественные технологии. Предпосылками их создания являются развитие и доступность научного знания и подготовка людей, готовых и способных к конструированию и проектированию. Роль сферы образования в этом – обучение и подготовка будущих специалистов, которые смогут нестандартно и творчески решать в будущем научные и практические проблемы, разрабатывая современные высокие технологии. Одним из путей реализации этой цели может стать формирование профессионального, инженерного 4 мышления, которое включает в себя профессиональное сознание, готовность к будущей профессиональной деятельности и инновациям. Новые технологии требуют изменений организации производства, квалификации рабочей силы, условий труда, уровня инженерного дела. В современном мире очень быстро устаревает техника и увеличивается объем знаний, поэтому появляются новые и исчезают старые профессии. Мир постоянно изменяется, а обществу нужны люди, которые смогут успевать и опережать научно-технический прогресс. Изменения в образовании в сторону более качественной подготовки специалистов-инженеров планируются и применяются на государственном уровне. Например, Президентом России В. В. Путиным указывается: «необходимо учитывать глобальные тенденции, гибко реагировать на запросы общества и экономики, и с учётом этих требований провести анализ образовательных компетенций, что позволит определиться с моделью будущего специалиста. Должны быть разработаны такие компетенции, которые будут актуальны и востребованы и через 10 лет». Развитие инженерного мышления начинается и закрепляется в школьные годы, здесь у обучающихся также формируется и желание выбрать профессию, связанную с данным видом мышления. Формировать и развивать инженерное мышление можно на различных уроках, в частности, на уроках физики. Помочь в достижении желаемого результата – развития инженерного мышления обучающихся – смогут организация проектной деятельности по физике и решение экспериментальных задач. Объектом исследования является процесс обучения физике в школе. Предметом – развитие инженерного мышления школьников при выполнении проектов и решении экспериментальных задач на уроках и во внеурочной деятельности по физике. 5 Гипотеза: решение экспериментальных задач и выполнение проектов на уроках и во внеурочной деятельности по физике позволяют формировать у обучающихся инженерное мышление. Цель исследования: Разработать методику развития инженерного мышления школьников при организации экспериментальной и проектной деятельности на уроках и во внеурочной деятельности по физике. Задачи исследования: проанализировать понятия «инженерное мышление», «экспериментальные задачи» и «проектная деятельность»; определить структуру инженерного мышления; изучить историю и способы формирования инженерного мышления, в том числе на уроках и во внеурочной деятельности по физике; изучить типы, виды проектной деятельности и экспериментальных задач, возможности их использования для развития инженерного мышления школьников; рассмотреть возможности использования метода проектов в формировании инженерного мышления школьников при обучении физике. провести опытно-поисковую работу с целью проверки гипотезы исследования. Методы исследования: Теоретические: анализ документов, изучение психолого- педагогической и научно-методической литературы, моделирование. Эмпирические: беседа, тестирование, наблюдение. Структура работы: выпускная квалификационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка. 6 Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОРМИРОВАНИЯ ИНЖЕНЕРНОГО МЫШЛЕНИЯ У ШКОЛЬНИКОВ 1.1. Понятие инженерного мышления и необходимость его формирования у школьников на современном этапе развития российского образования Актуальность развития инженерного мышления в современном мире обусловлена тем, что инженерное мышление определяет результат и качество любой интеллектуальной деятельности. Причем инженерное мышление является не только теоретической формой отражения действительности в виде понятий, гипотез, теорий. С его помощью более просто решаются практические задачи. Развитие инженерного мышления человека играет значительную роль в развитии науки и личностей обучаемых. В основном, люди с развитым инженерным мышлением создают сегодняшнюю повседневность, совершают научные открытия и модернизируют уже имеющиеся приборы, продукты и так далее. Проблема заключается в том, что в настоящее время есть потребность в людях с развитым инженерным мышлением, но его формированию не уделяется должного внимания. Развитие инженерного мышления начинается и закрепляется в школьные годы, когда у обучающихся также формируется и желание выбрать профессию, связанную с данным видом мышления. Прежде, чем переходить к формированию инженерного мышления при обучении физике, необходимо определиться с понятием и сущностью понятия инженерного мышления. Существует несколько определений понятия «инженерное мышление»: Инженерное мышление – вид мышления, проявляющийся при решении инженерных задач, позволяющий быстро и точно решать поставленные задачи и направленный на удовлетворение технических потребностей [25]. 7 Инженерное мышление – особый вид мышления, формирующийся и проявляющийся при решении инженерных задач, позволяющий быстро, точно и оригинально решать как ординарные, так и неординарные задачи в определенной предметной области, направленные на удовлетворение технических потребностей в знаниях, способах, приемах, с целью создания технических средств и организации технологий [27]. Инженерное представления, мышление понятия, – способность определять связывать возможности их образы, применения, способность решать возникающие проблемы, обосновывать выводы и решения, касающиеся создания и эксплуатации техники [26]. Исходя из результатов исследования, проведенного в курсовых проектах, под инженерным мышлением школьника нами понимается вид познавательной неординарные деятельности, задачи, позволяющей исследовать, решать модернизировать ординарные или и создавать технические устройства и определять возможность их применения. Главное в инженерном мышлении – решение возникающих у общества проблем и задач с помощью технических средств для достижения наиболее эффективного и качественного результата. Возможные виды инженерного мышления: конвергентное мышлениепродуцирование и дивергентное мышление-продуцирование [13]. Конвергентное продуцирование основано на стратегии точного использования решения предварительно определенных задач, усвоенных то есть школьниками когда есть алгоритмов инструкция по последовательности и содержанию элементарных операций для решения задачи. Для развития конвергентного мышления-продуцирования требуются задачи с единственно верным ответом, которые можно решать по уже изученному алгоритму. Оценка ставится, исходя из скорости, подробности и точности, которые демонстрирует ученик при решении. Если речь идет о письменных заданиях, то также оценивается подробность и форма ответа. 8 Но только лишь конвергентное мышление-продуцирование не вседа определяет успешный исход решения. Даже обладая внушительным багажом фактов и данных, можно растеряться в конкретной ситуации, связанной с практическим решением проблемы. Разумеется, что нужно тренировать конвергентное мышление, но в решении практических заданий не всегда есть однозначные и единственно верные ответы. Чтобы совершенствовать навык решения подобных задач, нужно развивать дивергентное мышление. Дивергентное мышление-продуцирование – это метод творческого мышления, применяемый обычно для решения проблем и задач, опирающийся на воображение. На один вопрос может быть несколько ответов, что способствует порождению оригинальных идей. Сформулировав идею, обучающийся ощущает потребность в воплощении замысла в реальный проект. Инженерное мышление по своим основным характеристикам отличается и от научного, и от технического, и от обыденного типов мышления, но является инновационным, поэтому не может существовать без инженерной инициативы и творчества. Оно тесно связано с творческим мышлением. Инженер, как и художник, использует для выражения своих идей графические средства – чертежи, схемы, но не с целью эстетического наслаждения, а для детализации и конкретизации какой-либо инженерной идеи. Таким образом, инженерное мышление должно содержать не просто знания и умения, а основываться на способностях самостоятельной работы, находчивости, изобретательности, творческому подходу, ответственности, умению анализировать, прогнозировать, а также проводить исследовательскую деятельность. Инженерное мышление включает в себя следующие компоненты [27]: техническое, конструктивное, исследовательское и экономическое. Такие умения как проведение анализа состава, структуры, изучение и анализ технических устройств и принципов их работы составляют техническое 9 мышление. Конструктивное мышление характеризуется четким построением определенной модели решения задачи или возникшей проблемы, когда необходима интеграция теоретических и практических знаний из разных предметных областей. Определение новизны в задаче, формулирование новой задачи на основе предыдущего опыта практической деятельности, умение сопоставить данное решение с известными классами задач, умение читать и применять техническую документацию при решении задач, умение обосновать принятые решения являются элементами исследовательского мышления. В экономическое мышление Д.А. Мустафина и Г.А. Рахманкулова включают рефлексию качества процесса и результата деятельности с позиций требований современного рынка труда. Для конкретизации обучающихся, выделены того, что умения, необходимо определяющие формировать каждый у компонент инженерного мышления: 1. Конструктивный: умение ставить цель, разделять цель на несколько задач, умение строить последовательный план, модель решения проблемы; 2. Технический: умение экспериментальную установку, работать умение с приборами, подбирать собирать необходимое оборудование, умение определять структуру и принцип действия приборов; 3. Исследовательский: умение анализировать теоретический материал, исследовать новую информацию, умение делать выводы по опыту, умение анализировать изученную и новую теоретические и практические данные, исследовать проблему; 4. Экономический: умение оценивать эффективность продукта или эксперимента, умение находить способы делать установку наиболее экономически выгодной, определять способы усовершенствования продукта, определять часть, которую необходимо модернизировать для более широкого и эффективного использования. Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что инженерное мышление – сложная познавательная деятельность. Умения, необходимые 10 для осуществления этой деятельности нужно и важно развивать у обучающихся, чтобы в будущем у них была возможность выбрать инженерную специальность, работать выдвигаемых обществом проблем. 11 над разрешением конкретных 1.2. Исторические этапы решения проблемы формирования инженерного мышления Инженерному мышлению стали уделять особое внимание лишь относительно недавно, когда только стали появляться люди инженерных профессий, и стала возникать необходимость в таких специалистах. Этапы решения проблемы развития инженерного мышления подробно описала у себя в работе А.Ю. Рожик [30]: Первый этап – с XVII в. – этап технического мышления. Появляется профессия, приближенная к инженерной и формируется инженерное мышление. Здесь можно выделить предэтап – доинженерный, с 1-го по 2-е тысячелетие до н. э. В это время инженерное дело впервые приобретает признаки профессии: появляется доход от регулярного воспроизводства. При изобретении и усовершенствовании орудий труда, средств для охоты можно сказать, что использовались зачатки инженерного мышления и техническое творчество. Как пример одного из первых инженеров — Архимед, он не только основоположник учений о механике, но и первый разработчик конструкций военных машин. Герон Александрийский (I в. н. э.) начал создавать механизмы: автоматические ворота в храм, автомат для продажи воды. В средние века чрезмерная религиозность долгое время сдерживала развитие инженерной мысли и научно-технический прогресс в целом. Только в эпоху Возрождения начинается становление инженерного мышления: благодаря распространяться и на развитию техническое искусства, творчество. новые Самым идеи стали известным инженером этого периода можно назвать Леонардо да Винчи. В России появление инженерного мышления и инженерного образования было особенным. В России был особый менталитет и запоздалое, относительно Европы, развитие. Звание инженера могло быть только у иностранцев вплоть до XVIII в. 12 Развитие машинного производства, мореплавание, торговля в Европе и России положили начало научной и технической изобретательской деятельности. Формируется потребность в решении сложных технических задач, создаются условия для практического применения данных науки. В ХVII-ХVIII вв. происходят перемены в науке, делается множество технических и инженерных изобретений. В России, например, в ХVIII в. разработана, построена и испытана модель 300-метрового арочного моста через Неву, изобретён фонарь-прожектор, речное «машинное» судно с вододействующим двигателем (1772 г., И. П. Кулибин), изобретён паровой котёл (1764 г., И И. Ползунов). В доинженерный этап и этап технического мышления происходило накопление знаний и опыта, которые были записаны и книги или передавались от поколения к поколению. Задачи в основном решались методом проб и ошибок, полагаясь на интуицию, были ориентированы на облегчение ручного труда. Со временем накопленных знаний становится настолько много, что возникает необходимость в профессии инженера. Второй этап – ХVIII-ХIХ вв. – этап механистического типа мышления, этап классического инженерного образования. Развитие машинного производства и постоянного использования в нем научных знаний становятся предпосылкой возникновения и формирования как специального инженерного образования, так и инженерного мышления в целом. С этого времени инженерное дело становится зависимым от целенаправленного обучения. Родиной современного инженерного образования считается Франция. Первые учебные заведения, которые готовили инженеров, были созданы в 1747-1748 гг. Главной чертой французской научно-инженерной школы были глубокие знания в области математики и аналитической механики. В XVIII в. возникает система среднего специального технического образования в Германии и новая форма учебного заведения – техникум, курс обучения в котором был от 2,5 до 4 лет. Выпускникам присваивалось звание инженера. 13 В 20-30-е гг. XIX в. возникает сеть технических заведений, технические школы в Берлине (1821), Карлсруэ (1825), Мюнхене (1825), Дрездене (1828). После преобразования технических учебных заведений в высшие технические школы в 70-80-х гг. XIX в., возникает немецкая инженерная школа, которая стала сильнейшей в мире и оказала свое влияние на образование в других странах. Зарождение инженерного образования в России связано с реформами Петра I. Строительство заводов, городов, развитие промышленности, усиление армии, создание флота потребовало наличие профессиональных офицеров, моряков, артиллеристов, инженеров. Изначально чтобы стать инженером молодые люди должны были пройти обучение за границей, но первая инженерная школа была основана Петром I 16 января 1712 г. в Москве (нынешний Военный инженерно-космический университет им. А.Ф. Можайского), вторая инженерная школа в Петербурге в 1719 г. [30]. Подъем промышленного производства во второй четверти XIX в. вызвал необходимость расширения технического образования. Строительство новых фабрик, заводов, железных дорог, переоснащение машинной техникой старых фабрик требовало профессиональных знаний и профессиональной инженерной подготовки. К этому времени сформировался русский преподавательский корпус и были открыты новые технические учебные заведения: Технологический институт в СанктПетербурге (1828 г.), Императорское Московское техническое училище (ИМТУ) в 1868 г. ИМТУ (в настоящее время МГТУ им. Н.Э. Баумана) было одним из первых в мире, где началось преподавание аэродинамики. Специфика российской инженерной школы состояла в том, что по заданию промышленности и государства профессора выполняли научные разработки. С этого времени стали формироваться такие черты высшего отечественного образования, как глубокая фундаментальная подготовка по математике, инженерным специальностям и обучение нескольким иностранным языкам. Основной вклад в создание системы 14 производственного обучения принадлежит инженеру и педагогу, деятелю технического образования Д.К. Советкину, который является одним из создателей операционной системы производственного обучения «механическим искусствам», или «русской системы». Эта система была известна и в России, и за рубежом. В основе системы был принцип «от простого к сложному». Система предполагала теоретическую и практическую подготовку техников. Обучение отличалось универсальностью, формировало умение творчески применять навыки в производстве. «Русская система» производственного обучения была высоко оценена за рубежом и широко применялась в технических школах всего мира. Таким образом, возникновение инженерной деятельности в период классического инженерного образования как одного из видов трудовой деятельности связано с появлением мануфактурного и машинного производства. Возникновение инженерной деятельности как профессии связано с регулярным применением научных знаний в технической практике. А развитие инженерного образования необходимо для решения важных государственных задач. Инженерное мышление формируется и развивается под влиянием изобретений: вводятся патенты, люди понимают, что инженерное дело и инженерная мысль приносит доход, более активно участвуют в инновационной деятельности. Третий этап – 1901-2000 гг - этап системного инженерного мышления. К началу ХХ столетия инженерная деятельность включает сложный комплекс различных видов деятельности: изобретательская, конструкторская, проектировочная, технологическая. Эта деятельность обслуживает электротехнику, разнообразные сферы химическую технологию. техники: машиностроение, Формируется особый вид инженерной деятельности – проектирование. Первоначально оно связано с деятельностью чертежников, чтобы те точно графически изобразили замысел инженера для его дальнейшей передачи на производство. В дальнейшем 15 проектирование связано с научно-техническими расчетами на чертеже для основных параметров будущей технической системы. В годы Великой отечественной войны активно развивались технологии в сфере военного дела. Разрабатывалась новая военная техника: самолеты, оружие, боевые корабли, лодки и так далее. После войны военные технологии были применены для автоматизации производства и исследований космоса. В 1950-1960-е гг. во всём мире происходят качественные изменения в орудиях труда, появляется ЭВМ, искусственные виды сырья, новые материалы (пластмассы, синтетические волокна, смолы), происходит осуществление новых видов и источников энергии (атомная). На производстве появляется новое оборудование, станки. Ускорение темпов развития общества привело к необходимости профессиональной подготовки инженеров к жизни в быстро меняющихся условиях. Стали рассматриваться вопросы совершенствования высшего образования, политехнической и профессионально-технической подготовки учащихся. В данный исторический период уже выработана классическая система инженерного образования во всем мире. Развиваются инженерные способности, изобретательство, созданы передовые технологии, на смену ручного труда пришло машинное производство. Инженерное мышление усложняется и становится системным. Но 1990-е и 2000-е гг. характеризуются снижением интереса к инженерным специальностям, невостребованностью инженеров, кризисом в инженерном образовании. Данный период в развитии инженерного мышления можно назвать противоречивым: с одной стороны, это период системного инженерного мышления, а с другой стороны, конец этого периода характеризуется кризисом в инженерном образовании и инженерном деле [31]. В настоящее время существует государственный проект «Уральская инженерная школа» [29]. Реализация комплекса мероприятий проекта 16 «Уральская инженерная школа» (2015–2034 годы), направленных на повышение мотивации обучающихся к изучению предметов естественнонаучного цикла и последующему выбору рабочих профессий технического профиля и инженерных специальностей, а также качества подготовки специалистов в системе среднего профессионального и высшего образования. Целью проекта «Уральская инженерная школа», одобренного Указом Губернатора Свердловской области от 06 октября 2016 года № 453-УГ, является обеспечение условий для подготовки в Свердловской области рабочих и инженерных кадров в масштабах и с качеством, полностью удовлетворяющим текущим и перспективным потребностям экономики региона с учетом программ развития промышленного сектора экономики, обеспечения импортозамещения и возращения отечественным предприятиям технологического лидерства. Достижение поставленной цели обеспечивается за счет решения основных задач: 1) формирование у обучающихся осознанного стремления к получению образования по инженерным специальностям и рабочим профессиям технического профиля; 2) создание условий для получения обучающимися качественного образования по рабочим профессиям технического профиля и инженерным специальностям; 3) формирование условий для поступления молодых рабочих и инженерных кадров на промышленные предприятия Свердловской области и максимально полной реализации творческого потенциала молодых специалистов. Реализация проекта «Уральская инженерная школа» планируется в период 2015-2034 годов [4]. Таким образом, инженерное мышление стали целенаправленно развивать совсем недавно (чуть более 100 лет, как начался этап системного 17 инженерного мышления), а актуальность растет с каждым днем. Быстро развивающееся общество требует ускоренных разработок новых технологий: современные средства устаревают за несколько лет, есть большая необходимость в людях с развитым инженерным мышлением. В современных школах формированию и развитию инженерного мышления не уделяется должного внимания, поэтому необходима методика развития инженерного мышления в школах в особенности при изучении предметов: математика, физика, химия. Действия правительства, направленные на решение проблемы развития инженерного мышления, дают надежду на то, что этой проблеме будет уделяться больше внимания, в том числе со стороны педагогов, и будут попытки разрешения сложившегося противоречия между потребностью общества в специалистах-инженерах и недостаточным разработок по развитию инженерного мышления. 18 количеством 1.3. Организация проектной деятельности как средство развития инженерного мышления обучающихся Одним из средств развития инженерного мышления является метод проектов. С его помощью обучающиеся могут реализовывать свои уже существующие инженерные мысли и придумывать что-то новое. Для успешной подготовки будущих инженеров в школах необходимо создавать условия для развития и поддержки исследовательских и конструкторских способностей обучающихся, своевременно выявлять и способствовать их развитию, постоянно поддерживать интерес к профессии инженера. Формирование инженерного мышления у подростка непосредственно связано с умением ставить и решать практические технические, конструкторские задачи. В процессе обучения в школе должны быть сформированы хотя бы некоторые компоненты инженерного мышления: исследовательский, конструктивный и технический. У обучающихся должно быть стремление исследовать, ставить цели и реализовать их в техническом плане: это может быть усовершенствование уже известных простых бытовых приборов и устройств, а может быть создание чего-то нового. Поэтому возникает проблема в организации такой специально направленной траектории обучения еще до выбора профессиональной деятельности. Современным обучающимся нужно непосредственное участие в разработках, экспериментах, творчестве и конструировании. Очень важно ощущение себя как части практического процесса, мало знать только теорию. Поэтому выявление интересов и склонностей обучающихся, а также их профессиональное самоопределение наиболее рационально и целесообразно при участии обучающихся в различных интеллектуальнотворческих конкурсах, олимпиадах научно-практических конференциях, связанных непосредственно с практическим применением знаний [25]. Анализируя уровень осознанности в суждениях, выборе деятельности и в решении поставленной задачи у подростков, можно сделать вывод о том, 19 что в этом возрасте начинает активно проявлять себя потребность в самоопределении и самоутверждении. Обучающиеся «пробуют себя» в различных видах деятельности, пытаясь повторить увиденное, внести что-то новое, самореализоваться, не отдавая отчета о последствиях как для окружающих, так и для себя. Для развития личности обучающегося требуется организация нового подхода к формированию современного поколения, который содержит в себе комплекс различных видов деятельности, учитывающих как возможности, способности и особенности каждого обучающегося, так и особенности социального окружения, потребности общества в настоящее время и в будущем. Такой подход должен отвечать современным требованиям образования. Он должен позволять выявить и развить у будущих инженеров творческие способности, интерес к научно-исследовательской деятельности, создать необходимые условия для поддержки одаренных детей, пропаганды научных знаний и самореализации обучающихся через различные виды деятельности Проект – это уникальный процесс, состоящий из совокупности скоординированных и управляемых видов деятельности с начальной и конечной датами, включающий ограничения по срокам, стоимости и ресурсам, и предпринятый для достижения цели, соответствующей конкретным требованиям [11]. Характеристики проектов: - временность – любой проект ограничен во времени; если четкого временного интервала нет, то процесс можно считать операцией, которая может длиться сколько угодно; - уникальность – проект должен порождать инновационные результаты, достижения, продукты или доработки устройств; иначе деятельность нельзя считать оригинальной и новой ; - последовательность – любой проект развивается последовательно: большая цель разделяется на ряд задач, которые развивается во времени, 20 проходя через определенные ранее этапы или шаги, ограничиваются содержанием проекта. В работе под проектом будет пониматься вид деятельности, направленный на решение практических задач, соответствующих первоначально заданной цели, создание новых продуктов с ограничениями по времени и ресурсам. Технология проектного обучения – это совокупность методов, процессов и методических материалов, используемых при организации проектного обучения, а также организационных мер, операций и приемов, направленных на получение результатов проектирования с заранее определенным качеством, составом и регламентированными затратами (временными, по использованию лабораторного оборудования и т.п.), обусловленных текущим уровнем развития науки, техники и общества в целом. Важным педагогическим смыслом обладает проектная деятельность, которая ориентирует на: получение глубоких практических знаний технических основ профессии; формирование навыков в создании и эксплуатации новых стратегического приобретение продуктов значения и систем; понимание научно-технического знаний о планируемом профиле важности и развития общества; обучения в рамках направления [13]. Проектная деятельность обучающихся является одним из методов развивающего обучения, направлена на формирование и развитие самостоятельных исследовательских умений (постановка проблемы, сбор и обработка информации, проведение экспериментов, анализ полученных результатов), способствует развитию творческих способностей и логического мышления, объединяет знания, полученные в ходе учебного процесса и приобщает к решению конкретных жизненно важных проблемам, что позволяет сделать вывод о том, что проектная деятельность способствует развитию отдельных компонентов инженерного мышления обучающихся. 21 Обязательным условием проектной деятельности является наличие заранее выработанных представлений о конечном продукте деятельности, этапах проектирования (выработка концепции, определение целей и задач проекта, доступных и оптимальных ресурсов деятельности, создание плана, программ и организация деятельности по реализации проекта) и реализации проекта, включая его осмысление и рефлексию результатов деятельности. Последовательность действий при выполнении проектов [6]: - анализ проблемы; - постановка цели; - определение задач; - выбор средств ее достижения; - поиск и обработка информации, ее анализ и синтез; - поочередное выполнение задач проекта, выполнение цели; - получение продукта проекта; - оценка полученных результатов, вывод и рефлексия. Задачи проектной деятельности: 1. Обучение планированию (обучающийся четко определяет цель, основные шаги ее выполнения — задачи, планировать время для каждой из задач, чтобы успеть в заданный временной интервал); 2. Формирование навыков сбора и обработки информации, материалов (обучающийся изучает теоретические данные по проблеме, выбирает нужное и использует эту информацию для выполнения заданной цели); 3. Умение анализировать (креативность и критическое мышление); 4. Умение составлять письменный отчет (обучающийся самостоятельно составляет план работы, четко представляет информацию, оформляет проект и сноски, оформляет список используемых источников информации); 5. Формировать позитивное отношение к работе (обучающийся проявляет инициативу, энтузиазм, старается выполнить работу качественно и в срок в соответствии с установленным планом и графиком работы). 22 Принципы организации проектной деятельности: 1. Проект должен быть посильным для выполнения; 2. Создавать необходимые условия для успешного выполнения проектов (формировать соответствующую библиотеку, медиатеку и т.д.); 3. Вести подготовку учащихся к выполнению проектов (проведение специальной ориентации для того, чтобы у учащихся было время для выбора темы проекта, на этом этапе можно привлекать учащихся имеющих опыт проектной деятельности); 4. Обеспечить руководство проектом со стороны педагогов – обсуждение выбранной темы, плана работы (включая время исполнения) и ведение дневника, в котором учащийся делает соответствующие записи своих мыслей, идей, ощущений – рефлексия. Дневник должен помочь учащемуся при составлении отчета в том случае, если проект не представляет собой письменную работу. Учащийся прибегает к помощи дневника во время собеседований с руководителем проекта. В том случае, если проект групповой, каждый учащийся должен четко показать свой вклад в выполнение проекта. Каждый участник проекта получает индивидуальную оценку. Обязательная презентация результатов работы по проекту в той или иной форме К важным факторам проектной деятельности относятся: - повышение мотивации учащихся при решении задач; - развитие творческих способностей; - смещение акцента от инструментального подхода в решении задач к технологическому. Повышение мотивации и развитие творческих способностей происходит из-за наличия в проектной деятельности ключевого признака – самостоятельного выбора. Развитие творческих способностей и смещение акцента от инструментального подхода к технологическому происходит благодаря необходимости осмысленного 23 выбора инструментария и планирования деятельности Формирование чувства для достижения ответственности лучшего происходит результата. подсознательно: учащийся стремится доказать, в первую очередь, самому себе, что он сделал правильный выбор. Следует отметить, что стремление самоутвердиться является главным фактором эффективности проектной деятельности. При решении практических задач естественным образом возникают отношения сотрудничества с учителем, так как для обоих задача представляет содержательный интерес и стимулирует стремление к эффективному решению. Особенно ярко это проявляется на тех задачах, которые сумел сформулировать сам учащийся. Метод проектов формирует и развивает у обучающихся самостоятельность, техническое творчество (самостоятельно ставить цель, придумать способы ее осуществления, придумать продукт или усовершенствование приборов – в целом что-то новое, связанное с наукой и техникой), исследовательские умения (исследовать проблему, изучить теоретические данные о проблеме, ознакомиться с практическими способами ее решения), конструктивность (четкое следование плану, формулировка и постановка необходимых задач) – все это является компонентами инженерного мышления, что говорит о том, что метод проектов может помочь развивать инженерное мышление обучающихся в целом. 24 1.4 Экспериментальные физические задачи как средство развития инженерного мышления школьников Особенность экспериментальных задач в том, что обучающиеся самостоятельно ищут пути решения, ведущие к конечному результату, разрабатывают план действий, учитывают возможности предоставленных приборов и оборудования. Такие работы позволяют обучающимся реализовывать и развивать свои способности, связанные с техническим творчеством, которые в других видах учебной деятельности используются в малой степени. Это могжет привести к формированию инженерного мышления, так как основная функция инженерного мышления – решение конкретных, выдвигаемых обществом проблем и задач с помощью технических средств для достижения наиболее экономического, эффективного, качественного результата. Решение экспериментальных задач – сложная деятельностью, которую не всегда в полной мере удается формировать Формирование обобщенного приема и решения у обучающихся. текстовых задач по алгоритму занимает значительно меньше времени, чем формирование умений решать конкретные экспериментальные задачи, так как спектр таких задач обширный и решение может быть разнообразным. Для решения экспериментальных задач обучающиеся должны применить не только практические, но и методологические умения, к которым относится усвоение теоретических знаний о методах научного познания. Теоретические методологические умения лучше начинать формировать в процессе решения задач на воспроизведение явления в конкретной ситуации, для чего сначала нужно выделить признаки физического явления, затем подобрать приборы и оборудование, составить программу проведения эксперимента и воспроизвести явление. Экспериментальные задачи – это физические задачи, постановка и решение которых связаны с экспериментом: с различными измерениями, воспроизведением физических явлений, наблюдениями за физическими 25 процессами непосредственно на глазах обучающихся или самими обучающимися. Экспериментальные задачи выполняют несколько дидактических функций: повышает интерес к предмету и к поиску новых решений, активизирует внимание учащихся, способствует образованию, развитию творческого, политехническому критического и инженерного мышления. Исследовательская форма постановки учебного эксперимента является мощным средством развития интереса к предмету, подготовки учащихся к самостоятельной работе. Сам эксперимент задачи должен быть краток по времени, лёгок в постановке и нацелен на усвоение и/или отработку конкретного учебного материала. Экспериментальные задачи позволяют органично связать практические и теоретические знания курса физики в единое целое. В ходе эксперимента обучающиеся принимают в работе активное участие, это способствует развитию у школьников умений наблюдать, сравнивать, Эксперимент позволяет обобщать, анализировать организовать и делать самостоятельную выводы. деятельность учащихся, а также развить практические умения и навыки. Опыт показывает, что проведение фронтальных лабораторных работ, решение экспериментальных задач, выполнение кратковременного физического эксперимента эффективнее, чем ответы на вопросы или работа над упражнениями в учебнике. В решении экспериментальных задач нельзя обойтись как без конвергентного мышления, мышления-продуцирования подразумевающего действия — по аспекта алгоритму, инженерного так и без дивергентного мышления-продуцирования – то есть аспекта инженерного мышления, которое связано с творческим подходом к решению задач. Экспериментальные задачи разделяются на две большие группы: подразумевающие демонстрационные эксперименты, выполняемые обычно учителем, и с практическими (экспериментальными) выполняемыми обучающимися самостоятельно. 26 работами, При всей полярности подходов к обучению физике в профильном образовании принципиально – от важно физико-математического научить учащихся до гуманитарного, находить необходимую информацию, преобразовывать ее в соответствии с определенными требованиями и поступать согласно полученным выводам. При выполнении перечисленных действий, которые явно или неявно присутствуют в решении физических задач, проявляются интеллектуальные умения человека. Усвоение технических приемов по решению задач и некоторых алгоритмов действий не является самоцелью, а происходит опосредованно, в процессе анализа конкретных физических явлений. Тем самым успешное обучение решению задач реализуется в ходе накопления учащимися индивидуального опыта решения задач. Следовательно, реализация второго направления приводит и к реализации первого направления. Выделяется несколько групп экспериментальных задач: [24]: 1. Качественные эксперименты: соберите — включите — посмотрите — зарисуйте — сделайте вывод. Такие эксперименты нужны для непосредственного ознакомления с физическими явлениями. Например, в таком эксперименте Качественные проверяется экспериментальные «закон сообщающихся задачи поставлены на сосудов». конкретной физической установке и не требуют для решения количественных данных и математических расчетов. Качественные задачи можно разделить на 2 типа: тип 1 – экспериментальные задачи на воспроизведение явления в конкретной ситуации, тип 2 – экспериментальные задачи на предсказание результата эксперимента. Например: «Взять сырую картофелину и разрезать её пополам. В центре среза поместить кусочек марганцовки и соединить половинки. Через некоторое время их разъединить. Назвать наблюдаемое явление и объяснить его»; «В пробирке находится расплавленный парафин. Какую форму примет его поверхность при затвердевании? Проверить опытом, объяснить». 27 2. Количественные эксперименты: соберите — измерьте — вычислите — постройте график — запишите результат в тетрадь. Этот тип экспериментов предназначен для выработки навыков применения простейших измерительных приборов и оформления экспериментальных работ. Например, эксперимент, в котором регистрируются различные удлинения одной и той же пружины, если на ней подвешены разные грузы, относится к этому типу. Количественные задачи требуют решения путем математического расчета данных, полученных экспериментально. Типы количественных задач: тип 1 – экспериментальные задачиупражнения, тип 2 – собственно экспериментальные задачи. Например: «Определить удельное сопротивление данной проволоки, имея аккумулятор, амперметр, вольтметр, микрометр и масштабную линейку. По таблице удельных сопротивлений установить, из какого материала сделана данная проволока»; «Имея мензурку с водой, определить архимедову силу, которая будет действовать на данный кусок металла при погружении его в воду. Ответ проверить опытом с помощью динамометра». 3. Творческие эксперименты: дан некий набор оборудования, которое можно использовать в эксперименте, дан объект исследования, сформулирована конечная цель, однако не даны чёткие однозначные инструкции, следуя которым можно было бы добраться до конечной цели. Творческие экспериментальные задачи представляют собой модель научной задачи, в которой дается конечная цель, но какие-либо четкие указания, инструкции к достижению цели отсутствуют. Тип 1 творческих задач – экспериментальные задачи на исследование конкретного физического процесса, требующего от ученика самостоятельного поиска метода решения, составления плана исследования с использованием тех приборов и оборудования, которые заранее ему были выданы. 28 Тип 2 творческих задач – задачи-исследования, требующие от ученика самостоятельного поиска пути решения, составления плана исследования, а также выбора приборов и оборудования для достижения цели. Экспериментальные задачи формируют и развивают у обучающихся умения самостоятельного достижения поставленной в задаче цели, технического компонента инженерного мышления – самостоятельного выбора оборудования и организации эксперимента, конструктивного компонента – определение плана действий, постановка мини-задач в выполнении цели, исследовательского компонента – исследовать способы решения задачи, теоретический материал, анализировать проведенный опыт и его результаты. С помощью рефлексии можно развивать также экономический компонент инженерного мышления – подумать, где можно применять такой опыт, что еще можно получить из этого, как сделать его наиболее выгодным и эффективным. Таким образом, экспериментальные задачи могут помочь в формировании и развитии инженерного мышления. 29 Выводы по главе 1: 1. Определены рабочие определения понятий инженерного мышления, метода проектов и экспериментальных задач. Инженерное мышление обучающихся – вид познавательной деятельности, позволяющей решать ординарные и неординарные задачи, исследовать, модернизировать или создавать технические устройства и определять возможность их применения; Проект – вид деятельности, направленный на решение практических задач, соответствующих первоначально заданной цели, создание новых продуктов с ограничениями по времени и ресурсам; Экспериментальные задачи – это физические задачи, постановка и решение которых связаны с экспериментом: с различными измерениями, воспроизведением физических явлений, наблюдениями за физическими процессами непосредственно на глазах обучающихся или самими обучающимися. 2. Использование проектов и экспериментальных заданий может помочь развивать инженерное мышление обучающихся, так как направлено на самостоятельный поиск пути решения проблемы и практическое ее решение, поиск способа достижения поставленной обществом цели. 3. Метод проектов помогает реализовать на практике полученные знания и умения в виде собственного продукта, углубить знания курса физики. 4. Экспериментальные задачи помогают обучающимся искать пути решения проблемы, самостоятельно собирать и конструировать установки для получения результата, связать теоретические знания и практические. Важно использовать эти два средства в комплексе – экспериментальные задачи помогают связать теорию и практику, вникнуть в предмет, а проекты позволяют углубиться в предмет и применить знания на практике, реализовать их. Эти средства дополняют друг друга. 30 Глава 2. МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ ИНЖЕНЕРНОГО МЫШЛЕНИЯ ШКОЛЬНИКОВ НА УРОКАХ И ВО ВНЕУРОЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПО ФИЗИКЕ 2.1. Метод проектов как средство развития инженерного мышления обучающихся при обучении физике Инженерный стиль мышления формируется наиболее концентрированно при выполнении проектов, если проектирование не сводится к действиям по шаблону. Необходимо стремиться к тому, чтобы выполняемые исследования были реальными и имели конечный результат. Метод проектов позволяет на практике с помощью имеющихся знаний получить реальный результат. Рассмотрим примеры проектов, которые помогут формировать компоненты – технический (умения работать с оборудованием, собирать экспериментальные установки), исследовательский (анализировать и исследовать теоретический материал и результаты опытов), конструктивный (умение строить план решения, выбирать способы и методы разрешения проблемы), экономический (поиск способов более широкого применения продукта, более экономичного производства) – инженерного мышления обучающихся: 1. Батарейка из подручных средств 8 класс. Тема «Электрический ток». Здесь обучающиеся смогут самостоятельно выбрать средства, которые будут использоваться. В этом проекте обучающиеся углубятся в тему «Электрический ток» и проверят на практике получение электрического тока из химических источников, потому что подручными средствами чаще всего будут являться предметы, связанные именно с химическими источниками. В этом проекте электрический ток можно получить из картофеля (С одной стороны, воткнуть в картофель цинковый электрод приблизительно на треть его длины. С другой, кусочек медной проволоки). В картофеле медная проволока – положительный (+) полюс, 31 а цинковый электрод – отрицательный (-). Также можно дополнительно определить, можно ли зарядить телефон такой батареей? Что сделать, чтобы ток был больше? Можно сделать батарейку из карандаша, из жестяных банок и так далее. У обучающихся получается собственный продукт, формируются такие компоненты инженерного мышления, как исследовательский: самостоятельно исследуют проблему, ищут пути решения; экономический: оценивают полезность такого продукта, можно ли применять его в быту; технический: собрать устройство, определить принцип его работы; конструктивный: связать теоретические знания и практические, определить план решения проблемы. 2. Измерение времени без часов 7 класс. Тема «Введение в физику» У большинства людей всегда есть с собой часы. Но что будет, если человек окажется без доступа к часам? Как определить время? В этом проекте обучающиеся могут создать устройства, позволяющие отслеживать и хотя бы примерно понимать, который час. Обучающиеся могут создать солнечные часы, песочные часы, огневые часы и др. Сложность будет в том, что нужно, чтобы создать такую модель, чтобы время было близко к реальному. Например, с солнечными часами, нужно понять, когда именно полдень (а в нашей местности это 13:00), расчертить так, чтобы было понятно, который час. В этом проекте формируются такие компоненты инженерного мышления, как исследовательский, экономический, технический и конструктивный. 3. Создание бумажного самолетика с наибольшей дальностью полета 9 класс. Тема «Механическое движение». Какая должна быть конструкция, чтобы самолетик летел дальше? В этом проекте нужно определиться с силами, действующими на самолетик в 32 полете, определить, как препятствовать силе сопротивления воздуха, в итоге получится продукт в виде бумажного самолетика с улучшенными летательными характеристиками. Здесь развиваются такие компоненты инженерного мышления, как исследовательский, технический, экономический и конструктивный. 4. Самозаряжающийся Power-bank 11 класс. Тема «Электромагнитная индукция» Портативное зарядное устройство, которое может заряжаться само. Как это сделать? Какие физические процессы нам помогут? В этом проекте используется такое явление как электромагнитная индукция. Магнит расположен в катушке, при ходьбе человека он двигается, создается переменное магнитное поле, переменное магнитное поле создает переменный электрический ток, который заряжает нашу батарею. В проекте развиваются умения, относящиеся к исследовательскому (нужно тщательно исследовать и изучить проблему), техническому (определение конструкции прибора и его сборка), конструктивному (определение плана действий и интеграция теоретический и практических знаний) и экономическому (можно ли этим прибором пользоваться по назначению, что нужно изменить, чтобы производство таких продуктов было экономически выгодным?) компонентам инженерного мышления. Такие проекты можно применять на уроках и во внеурочной деятельности, учитель должен направлять обучающихся, если у них проблемы с решением, но работа должна быть либо индивидуальная, либо небольшими группами так, чтобы в процессе был задействован каждый обучающийся. 33 2.2. Использование экспериментальных задач по физике с целью формирования инженерного мышления школьников Также способствовать развитию инженерного мышления могут экспериментальные задачи. Их применение на уроках позволит развивать компоненты инженерного мышления. Решая экспериментальные задачи, обучающиеся могут убедиться на конкретных примерах, что их знания вполне применимы к решению практических вопросов, что с помощью их школьных знаний можно предвидеть физические явления, связать полученную на уроках теорию с практическими действиями. Таким образом, их книжные знания приобретают реальный смысл. Алгоритм решения экспериментальных задач: 1. Из условия задачи выявляем термин, обозначающий исследуемое физическое явление. 2. Даем определение этому термину, находим его структурные элементы и особенности. 3. Определяем необходимое оборудование для проведения эксперимента, подбираем приборы, составляем схему установки. 4. Собираем экспериментальную установку и воспроизводим явление. 6. Анализируем эксперимент и делаем выводы по задаче. Примеры экспериментальных задач: 1) На кусок картофеля капнуть краску/йод/марганцовку. Разрезать поперек. Почему окрасилась не только поверхность? Решение: Краситель проникает внутрь из-за явления диффузии. Где описанное явление можно использовать на практике? (Окраска цветов, школьных парт…) Как еще можно заметить диффузию? (чай с сахаром и др.) 2) Имеются весы, мензурка и песок. Определите плотность песка. 34 Решение: Объём находим с помощью мензурки, массу измеряем на весах. Правильность может быть проверена по таблице плотности, если точно известен вид вещества. Как еще можно определить плотность вещества? Предположите, например, что у Вас нет мензурки, или нет весов. Как быть, если вещество занимает не все пространство мензурки? Как найти его объем? 3) Определить, какое давление оказывает Ваше тело на пол/кровать. Решение задачи: нужно определить площадь давящей поверхности (стопы или тела в лежачем положении) приближенно (длина*ширина), определить силу, действующую на тело (а для этого надо знать массу), поделить силу на площадь по формуле. Как уменьшить/увеличить давление на пол? 4) Определите высоту потолка в классе (дерева, столба, водонапорной башни, здания) с помощью зеркала. Оборудование: зеркало, тетрадный лист, в клеточку. Решение задачи. Для определения высоты потолка используем закон преломления света. Располагаем зеркало на полу, на некотором расстоянии от стены. Отдаляясь от него, смотря в зеркало, найдем изображение линии пересечения потолка и стены. Измерив, число шагов до зеркала и от зеркала до стены и зная свой собственный рост, вычисляем высоту потолка. Как еще можно определить высоту потолка без зеркала? Данные задачи формируют у обучающихся понимание связи между теоретическими знаниями самостоятельно проводить и практическими эксперимент по явлениями, заданным они учатся условиям. Экспериментальные задачи развивают технический (самостоятельная сборка установки (если она предусмотрена задачей)); конструктивный (каков план действий?); исследовательский (какие темы здесь могут пригодиться? Как решать эту проблему?), экономический (какой наиболее эффективный способ решения задачи?) компоненты инженерного мышления. 35 2.3. Оценивание уровня развития инженерного мышления обучающихся Инженерная деятельность имеет свои особенности и отличается от других видов деятельности. Например, отличие от технической деятельности заключается в том, что техническая деятельность основывается больше на опыте, практических навыках, догадке, а инженерная деятельность основывается на научных знаниях. Отличие от научной деятельности заключается в цели. Цель науки – расширить познания людей, получить новое знание; задача – получение нового знания в процессе исследования. Цель инженерной деятельности – создать реальный прибор, устройство или разработать процесс, полезный людям; задача – создать это в процессе проектирования. Ученый изучает то, что существует, а инженер создаёт то, чего еще никогда не было. Главное, что отличает ученого от инженера – это то, над чем они работают, и конечный результат их работы. Отличие инженерной деятельности от других видов деятельности заключается в том, что инженерная деятельность по своей роли в общественном производстве является производительным трудом, непосредственно участвующим в создании национального дохода. Цель инженерной деятельности – повышение эффективности, в частности продуктивности любых видов деятельности, в том числе и научной, и инженерной, и сельскохозяйственной, и индустриальной, и медицинской, и политической путем их технологизации на всё более высоком уровне. Факторы, которые необходимо учитывать при использовании экспериментальных задач и метода проектов на уроках: 1. Тщательно подбирать необходимое оборудование: если данных о приборах нет в условии задачи, то учитель выбирает сам (например, груз массой ...); 2. Не использовать незнакомое для обучающихся оборудование, сложные для обучающихся установки для проведения экспериментов; 36 3. Содержание экспериментальных задач и проектов в учебном процессе должно создавать проблемные ситуации; 4. В экспериментальных задачах и проектах должен быть связанный с реальной жизнью смысл: с техникой, технологиями, природными явлениями или бытовыми событиями; 5. Содержание задач и проектов должно быть подобрано с учетом индивидуальных особенностей обучающихся; 6. Экспериментальная задача, как и проект, должны быть направлены на освоение новых действий или реализацию полученных теоретических знаний. 7. В решении экспериментальных задач также должны быть задействованы все обучающиеся для наиболее эффективного развития инженерного мышления, поэтому лучше задачи решать индивидуально/в парах/в мини-группах. Для оценки уровня инженерного мышления использовалась методика, предложенная Зуевым П.В. и Кощеевой Е.С. в статье «Развитие инженернотехнической деятельности учащихся в процессе обучения физике». Для проверки уровня сформированности инженерного мышления целесообразно использовать таксономию Блума, включающую в себя 6 категорий: знание, понимание, применение, анализ, синтез и оценка [17]. Знание: главные термины и понятия, структура и принцип действия основных устройств, основы проектирования и конструирования, современные способы нахождения и обработки информации, какую роль играет техника в развитии производства,. Понимание: значение техники в развитии производства, цель и способ использования технических устройств, смысл решаемой технической задачи, значимость выполняемой технической деятельности. Применение: умение использовать технические знания в конкретных условиях, рабочие инструменты, знания и умения для технических расчетов, умение своевременно и правильно обработать полученную информацию. 37 Анализ: умение анализировать технические объекты и процессы, состав, структуру, устройство и принципы действия технического объекта, технические проекты и документацию, назначение технической конструкции, аналоги создаваемого объекта. Синтез: делая опор на приобретенные данные создавать что-либо новое, видоизменять это, переосмысливать технические объекты для выделения в них иных свойств и поиска нового назначения. Оценка: умение оценивать приемлемость решения технической задачи, аргументированность технического решения, новых идей, полученного результата. В статье также акцентируется внимание на том, что представленные 6 категорий в сумме формируют целостное представление о деятельности будущего инженера и позволяют показать главные виды деятельности обучающихся в ходе подготовки к инженерной деятельности, при этом учитывая возрастные особенности, уровень обученности и специфику психических процессов. Особенностью работы педагогов с детьми основной школы должно стать усиление внимания к методам познания, формированию навыков самостоятельной работы обучающихся, к развитию интереса к проектноисследовательской деятельности, внимания к изучению новинок в области науки, техники и производства. Особое внимание следует уделить использованию современных методов познания и на изучение этих методов, также на практическую ориентацию учебного процесса. Мышление как формируется, так и проверяется в деятельности, и в работе предлагается устанавливать степень сфомированности инженерного мышления с помощью экспериментальных задач и ряда вопросов к ним, сформулированные для каждого компонента инженерного мышления: технического, конструктивного, исследовательского и экономического. Каждому обучающемуся предлагается решить несколько задач и ответить на вопросы: 38 1 задача. Вскипятите воду в бумажном стаканчике. Вопросы: 1. Конструктивный компонент. Опишите план действий? 2. Технический компонент. Как будет выглядеть экспериментальная установка? 3. Исследовательский компонент. Как можно объяснить наблюдаемое явление? 4. Экономический компонент. Что нужно для того, чтобы опыт стал менее экономически затратным? 2 задача. Сравнить теплопроводность фарфора и алюминия. Вопросы: 1. Конструктивный компонент. Какие задачи можно выделить на пути к достижению цели? 2. Технический компонент. Перечислите необходимое оборудование 3. Исследовательский компонент. Как можно проверить ответ к задаче? 4. Экономический компонент. Каким оборудованием проще всего провести опыт? Где можно использовать полученные выводы? 3 задача. При помощи спичек смоделируйте цепную реакцию. Расположите спички так, чтобы каждая спичка зажигала две следующие. Вопросы: 1. Конструктивный компонент. Какие проблемы могут встретиться на пути достижения цели? 2. Технический компонент. Какое оборудование необходимо? 3. Исследовательский компонент. Какие отличия от реальной цепной реакции? 4. Экономический компонент. Где можно применять смоделированную цепную реакцию? При помощи таких задач можно проверить уровни развития всех компонентов инженерного мышления. Также для оценки уровня знаний и понимания технического компонента инженерного мышления можно использовать тест Беннета. С его помощью проверяют умение человека читать технические чертежи, 39 разбираться в схемах технических устройств и их работе, решать физикотехнические задачи. Тест включает в себя 70 иллюстрированных задач, к которым даны варианты ответа. На тест отводится 30 минут, за каждое правильно выполненное задание испытуемому начисляется 1 балл. Общая сумма баллов сравнивается с таблицей 2 и делается вывод о соответствии уровня развития технических умений школьника одному из пяти предложенных: очень низкий, низкий, средний, высокий, очень высокий. В таблице 2 соотнесены уровень баллов за тест Беннета и уровень развития технических умений. Умения, связанные с техническим, конструктивным, исследовательским компонентами инженерного мышления формируются в деятельности, и поэтому проверить степень развития инженерного мышления можно тоже в ходе практической деятельности – с помощью задач в рамках теста. 40 Краткие выводы по главе 2: 1. Определена роль использования экспериментальных задач и метода проектов на уроках и во внеурочной деятельности по физике для формирования и развития инженерного мышления – а это формирование четко связи между теорией и практикой, развитие умений работы с физическими приборами, самостоятельной постановке экспериментов, созданию собственных продуктов; 2. Разработаны примеры экспериментальных задач и проектов по физике, определены компоненты инженерного мышления, формирующиеся в процессе использования – в целом можно сделать вывод, что и экспериментальные задачи, и метод проектов способствуют формированию и развитию инженерного мышления обучающихся Экспериментальные обучающихся понимание практическими эксперимент задачи явлениями, по (самостоятельная связи они заданным сборка и метод проектов формируют у знаниями и между теоретическими учатся самостоятельно условиям, развивают установки); конструктивный проводить технический (каков план действий?); исследовательский (какие темы здесь могут пригодиться? Как решать эту проблему?) и экономический (как уменьшить расходы, сделать деятельность эффективнее) компоненты инженерного мышления; 3. Сформулированы рекомендации для учителя по использованию экспериментальных задач и метода проектов на уроках и во внеурочной деятельности по физике: Факторы, которые необходимо учитывать при использовании экспериментальных задач и метода проектов на уроках: тщательно подбирать необходимое оборудование; не использовать незнакомое для обучающихся оборудование, сложные для обучающихся установки для проведения экспериментов; содержание экспериментальных задач и проектов в учебном процессе должно создавать проблемные ситуации; 41 в экспериментальных задачах и проектах должен быть связанный с реальной жизнью смысл: с техникой, технологиями, природными явлениями или бытовыми событиями; содержание задач и проектов должно быть подобрано с учетом индивидуальных особенностей обучающихся; экспериментальная задача, как и проект, должны быть направлены на освоение новых действий или реализацию полученных теоретических знаний. в решении экспериментальных задач также должны быть задействованы все обучающиеся для наиболее эффективного развития инженерного мышления, поэтому лучше задачи решать индивидуально/в парах/в мини-группах. 42 Глава 3. ОПЫТНО-ПОИСКОВАЯ РАБОТА И ЕЕ РЕЗУЛЬТАТЫ В третьей главе приведено содержание этапов опытно-поисковой работы: констатирующего (выявление начального уровня сформированности у школьников инженерного мышления и готовности субъектов обучения к ее дальнейшему формированию), формирующего (организация учебно- познавательной деятельности обучающихся с целью развития у них инженерного мышления с применением разработанной методики), контрольно-оценочного (получение результатов опытно-поисковой работы и выводы по опытно-поисковой работе). 3.1. Общие сведения об опытно-поисковой работе в школе по формированию у обучающихся инженерного мышления Опытно-поисковая работа осуществлялась в соответствии с общей теоретической направленностью исследования – формирование и развитие у обучающихся инженерного мышления в процессе обучения физике с помощью экспериментальных задач и метода проектов. Основная цель заключалась в проверке в ходе эксперимента гипотезы исследования. Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи: проанализировать понятия «инженерное мышление», «экспериментальные задачи» и «проектная деятельность»; определить структуру инженерного мышления; изучить историю и способы формирования инженерного мышления, в том числе на уроках и во внеурочной деятельности по физике; изучить типы, виды проектной деятельности и экспериментальных задач, возможности их использования для развития инженерного мышления школьников; 43 рассмотреть возможности использования метода проектов в формировании инженерного мышления школьников при обучении физике. провести опытно-поисковую работу с целью проверки гипотезы исследования. Опытно-поисковая работа проводилась в МАОУ СОШ №96 г. Екатеринбурга Свердловской области на базе 8 классов в период прохождения производственной и преддипломной практики. Основными участниками являлись обучающиеся, их родители, учителя физики. Таблица 3 Констатирующий этап опытно-поисковой работы Задачи этапа Используемые (содержание исследования) методы Проанализировать Теоретический Результаты этапа Выявлены образовательные потребности анализ. компоненты обучающихся и инженерного составляющие инженерного мышления, выделить которые нужно формировать у обучающихся при обучении физике Наблюдение. мышления, Беседа. проблемы обобщение инженерного работы обучающихся процессе обучения физике Выяснить использования проектов при обучении физике обучающихся. решения мышления обучающихся Анкетирование состояние Изучение формирования следует формировать у Тестирование. Выявить которые и Проблема опыта формирования и учителей развития инженерного в физики. мышления Составление карты возможность образовательных при экспериментальных задач для изучении физике. 44 процессе физике метода потребностей и обучающихся обучающихся в обучения решается на недостаточном уровне Определены общие формирования и инженерного развития Моделирование положения мышления деятельности обучающихся в организации проектов процессе учителя физики. и экспериментальных обучения физике задач по физике для Определить формирования общие положения инженерного методики организации проектов мышления и обучающихся экспериментальных задач для развития методики инженерного мышления обучающихся Таблица 4 Формирующий этап опытно-поисковой работы Задачи этапа (содержание Используемые методы Результаты этапа исследования) Разработать проекты и Наблюдение. Беседа. Разработана экспериментальные задачи, Анкетирование. методика направленные инженерного на Тестирование. формирование и развитие Наблюдение инженерного обучающихся Осуществить практическое методики мышления деятельностью за мышления с помощью обучающихся в рамках экспериментальных реализации методики. внедрение Мониторинг формирования достижений инженерного развития мышления обучающихся. задач 45 метода проектов на уроках и во внеурочной деятельности физике обучающихся и по и осуществлено ее внедрение в практику работы МАОУ СОШ №96 г. Екатеринбурга Таблица 5 Контрольно-оценочный этап опытно-поисковой работы Задачи этапа Используемые (содержание Результаты этапа методы исследования) Провести Анализ комплексную результатов Проведен оценку сформированности уровня влияния разработанной инженерного сформированности методики у мышления на контрольных инженерного мышления. экспериментальных инженерного группах. мышления. Уточнить и скорректировать Осуществление разработанную методику. коррекции Определить влияние деятельности учителя. разработанной методики повышение сформированности и обучающихся модели реализации на уровень в сформированности обучающихся анализ уровня у 46 у обучающихся инженерного мышления. 47 3.2. Этапы опытно-поисковой работы Констатирующий этап опытно-поисковой работы Целью опытно-поисковой работы является теоретическая разработка методики для развития инженерного мышления обучающихся в процессе обучения физике и её апробация. Опытно-поисковая работа проходила на базе МАОУ СОШ №96 г. Екатеринбург. Опытно-поисковая работа проходила в 3 этапа: констатирующий, формирующий и итоговый (оценочный). Все этапы взаимосвязаны между собой логически и имеют общую цель. Каждый из них характеризуется своими задачами, средствами, методами их реализации и результатами. Целью констатирующего этапа работы являлось выявление современного состояния проблемы формирования и развития инженерного мышления обучающихся в процессе обучения физике. На констатирующем этапе была проведена беседа с администрацией школы. В ходе беседы с администрацией школы МАОУ СОШ № 96 было выявлено, что формированию и развития инженерного мышления обучающихся уделяется недостаточно внимания, и эта проблема требует решения. Опытно-поисковая работа проводилась с учениками 8 «А» класса в количестве 29 человек с начала 2021/2022 учебного года. Для определения начального уровня инженерного мышления, были использованы экспериментальные задачи и вопросы к задачам, направленные на проверку степени сформированности компонентов инженерного мышления: конструктивного, технического, экономического и исследовательского. В результате исследования было выявлено, что в целом обучающиеся данного класса обладают средним уровнем развития инженерного мышления, лучше всего развиты умения, связанные с исследовательским компонентом, средне развиты умения конструктивного компонента, ниже среднего развиты умения экономического и технического компонентов, что подробнее представлено в диаграмме на рисунке 1. 48 До количество человек 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Конструктивный Экономический Технический Исследовательский компонент После количество человек 30 25 20 15 10 5 0 Конструктивный Экономический Технический Исследовательский компонент Обработка результатов наблюдений показала, что ученики демонстрируют высокий уровень творческого потенциала, заинтересованы в успехе собственной деятельности, однако обладают низкой степенью ответственности за результат, слабо проявляют исследовательские навыки и плохо умеют работать с физическим оборудованием и экспериментальными установками. По результатам констатирующего этапа можно сделать вывод о том, что данный класс, в своем большинстве, не обладает достаточным уровнем инженерного мышления, чтобы решать практические задачи и быть заинтересованными в усовершенствовании приборов и конструкций. 49 и создании технических Формирующий и контрольно-оценочный этапы опытно-поисковой работы В рамках формирующего этапа были проведены уроки с использованием экспериментальных задач и метода проектов (часть задач и проектов описана в главе 2), после чего осуществлялся промежуточный контроль развития инженерного мышления по системе оценивания, применяющейся на констатирующем этапе. По результатам этой диагностики получилось проследить положительную динамику развития большинства умений, необходимых для инженерной деятельности. В ходе оценивания деятельности обучающихся было установлено, что вырос уровень творческого потенциала и самостоятельности, дети начали брать на себя ответственность за результаты деятельности и стали больше заинтересованы в успехе. Также следует отметить, что вырос процент выполненной домашней работы. Меньше трудностей стало вызывать самостоятельное решение экспериментальных задач. Средний балл по предмету со временем увеличился. На этапе контролирующего эксперимента осуществлялось получение и обработка данных диагностики по решению экспериментальных задач для оценки результативности применения предложенной методики. Результаты решения экспериментальных задач показали положительную динамику, они приведены на диаграмме на рисунке 2. 50 Краткие выводы по 3 главе: 1. Выявлено, инженерного что мышления проблема при формирования обучении физике у в обучающихся образовательном учреждении недостаточно решена. 2. Установлено, что формирование у обучающихся инженерного мышления является важной задачей, и большая роль в ее решении принадлежит применению метода проектов и экспериментальных задач при обучении физике. 3. В процессе реализации разработанной методики у обучающихся повысился уровень сформированности позволяет говорить о ее результативности. 51 инженерного мышления, что Заключение В ходе выполнения работы по изучению влияния экспериментальных задач и метода проектов на развитие инженерного мышления школьников при обучении физике в качестве рабочих понятий были приняты следующие: инженерное мышление – вид познавательной деятельности, позволяющий решать ординарные и неординарные задачи, исследовать, модернизировать или создавать технические устройства и определять возможность их применения; экспериментальные задачи – это физические задачи, постановка и решение которых связаны с экспериментом: с различными измерениями, воспроизведением физических явлений, наблюдениями за физическими процессами непосредственно на глазах обучающихся или самими обучающимися; проект – вид деятельности, направленный на решение практических задач, соответствующих первоначально заданной цели, создание новых продуктов с ограничениями по времени и ресурсам. Использование способствовать проектов формированию и экспериментальных и развитию умений, заданий может определяющих компоненты инженерного мышления обучающихся: технический (умение пользоваться приборами, собирать экспериментальные установки), конструктивный (умение ставить цели, разделать цель на несколько задач, умение строить последовательный план действий), исследовательский (умение анализировать теоретический материал, делать выводы по опыту, исследовать нужную проблему), экономический (умение оценивать эффективность опыта и продукта, умение найти более экономичные решение для создания продукта). Экспериментальные задачи и метод проектов направлены на самостоятельный поиск пути решения проблемы и практическое ее разрешение, поиск способа достижения поставленной обществом цели. Экспериментальные задачи помогают обучающимся искать пути решения проблемы, самостоятельно собирать и конструировать установки для получения результата, связать теоретические знания и практические, 52 вникнуть в предмет, а проекты позволяют углубиться в предмет и применить знания на практике, реализовать на практике полученные знания и умения в виде собственного продукта. Эти средства дополняют друг друга, так как одно направлено на лучшее усвоение и формирование связи между теорией и практикой, формирование и развитие умения самостоятельно работать с оборудованием, собирать и использовать экспериментальные установки, а второе средство (метод проектов) направлено на углубление уже имеющихся теоретического базиса и практических умений и самостоятельная их реализация в виде продукта. Разработаны примеры экспериментальных задач и проектов по физике, определены компоненты инженерного мышления, которые формируются в процессе применения разработанной методики. Экспериментальные обучающихся понимание практическими эксперимент задачи связи явлениями, по (самостоятельная они заданным сборка и метод проектов формируют у знаниями и между теоретическими учатся самостоятельно условиям, развивают установки); конструктивный проводить технический (каков план действий?); исследовательский (какие темы здесь могут пригодиться? Как решать эту проблему?) и экономический (как уменьшить расходы, сделать деятельность эффективнее) компоненты инженерного мышления; Для эффективного применения экспериментальных задач и метода проектов на уроках и во внеурочной деятельности по физике с целью развития инженерного мышления обучащихся, учитель должен соблюдать некоторые рекомендации: тщательно подбирать необходимое исправное, знакомое для обучающихся, оборудование; содержание экспериментальных задач и проектов должно создавать проблемные ситуации, тесно связанные с реальной жизнью, техникой, природой или бытом; 53 экспериментальная задача, как и проект, должны быть направлены на освоение новых действий или реализацию полученных теоретических знаний. в решении экспериментальных задач также должны быть задействованы все обучающиеся для наиболее эффективного развития инженерного мышления, поэтому лучше задачи решать индивидуально/в парах/в мини-группах с учетом индивидуальных особенностей обучающихся. В ходе опытно-поисковой работы была проверена эффективность выбранной методики развития инженерного мышления обучающихся: метода проектов и экспериментальных задач на конкретных примерах. Для проверки эффективности методики был выбрана контрольная группа – 8 А класс МАОУ СОШ 96 г. Екатеринбурга. С помощью экспериментальных задач была проведена диагностика до использования выбранной методики и по окончанию учебного года. В процессе реализации разработанной методики у обучающихся повысился уровень сформированности позволяет говорить о ее результативности. 54 инженерного мышления, что Библиографический список 1. Абекова Ж.А. , Оралбаев А.Б., Серикбаева Г.С., Ермаханов М.Н. Преимущества и значение экспериментальных задач для усвоения теоретического материала по физике 2. С.В. Анофрикова, Г.П. Стефанова,И.А. Крутова,О.Ю. Дергунова Практикум по школьному физическому эксперименту 3. Белоголовцев Н. Как развить у ребёнка инженерное мышление и почему это важно? Говорит Москва, 2018 4. Варламов С. Д., Зильберман А. Р., Зинковский В. И. Экспериментальные задачи на уроках физики и физических олимпиадах. 5. "ГОСТ ISO 9000-2011. Межгосударственный стандарт. Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь" (введен в действие Приказом Росстандарта от 22.12.2011 N 1574-ст) 6. Грабарь В.В. Инженерное мышление как социокультурный феномен образования / / Человек и наука: электронная научная библиотека. 1997. 7. Донцова Т.В, Арнаутов А.Д. Формирование инженерного мышления в процессе проектной деятельности. 8. И. М. Дудина/ Основы проектной деятельности : учебно- методическое пособие ; Яросл. гос. ун-т им. П. Г. Демидова. — Ярославль : ЯрГУ, 2019 9. Дума Е.А., Кибаева К.В., Мустафина Д.А., Рахманкулова Г.А., Ребро И.В. Уровни сформированности инженерного мышления / / Успехи современного естествознания. 2013. №10. 143 с. 10. Заир-Бек С.И., Муштавинская И.В. Развитие критического мышления на уроке. М. Издательство «Просвещение». 2004. 11. Зуев П.В., Кощеева Е.С. Развитие деятельности учащихся в процессе обучения физике 55 инженерно-технической 12. Зуев П.В. и Кощеева Е.С. Формирование инженерного мышления в процессе обучения / / Педагогическое образование в России. 2016. №6. С. 44-49. 13. Иванова Л.А. Активизация познавательной деятельности учащихся на уроках физики при изучении нового материала. – М.: «Просвещение», 2006 14. Каменецкий С.Е., Орехов В.П. Методика решения задач по физике в средней школе 15. Каменецкий С.Е., Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е. и др; Под ред. Каменецкого С.Е., Пурышевой Н.С. «Теория и методика обучения физики в школе: Общие вопросы: Учеб. Пособие», Москва: «Академия», 2000. 16. Конаржевский Ю.А. Система. Урок. Анализ. Издательство Псковского областного института усовершенствования учителей. 1996. 17. Коротаева Н.Н. Формирование инженерного мышления у современных школьников на уроках физики / / Электронный журнал Экстернат РФ. 2016. 18. Кудинов Владимир Валерьевич, Даммер Манана Дмитриевна Экспериментальные задачи и задания: понятия и классификации 19. Крыштановская О.В. Инженеры: становление и развитие профессиональной группы. Издательство «Наука». 1989. 20. Лебедева Т.Н. Инженерное мышление: определение и состав его компонентов / / Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2015. №4-3. С. 66-68. 21. Лермантов В.В. Методика физики и содержание приборов в исправности, 1907г. 22. Лернер И.Я. Базовое содержание общего среднего образования / / Советская педагогика. 1991. №11. 23. В.И. Лысак, И.Л. Гоник, А.В. Фетисов, О.В. Юрова, А.В. Текин «Формирование инженерного мышления в процессе специалистов: традиционный подход и вызовы современности» 56 подготовки 24. Молчанов В.А. «Развитие инженерно-технической деятельности учащихся в процессе обучения физике» 25. Муллагалиева С.Х., Малкова А.В. Формирование инженерного мышления обучающихся в процессе изучения литературы и русского языка / / Инфоурок. 2015. 26. Мустафина Д.А., Рахманкулова Г.А., Короткова Н.Н. Модель конкурентоспособности будущего инженера-программиста / / Современные наукоемкие технологии. 2010. №8. С. 16-20. 27. Мустафина Д.А., Рахманкулова Г.А., Ребро И.В. Критерии и сущность инженерного мышления 28. Никитаев В.В. Инженерное мышление и инженерное знание / / Центр гуманитарных технологий: информационно-аналитический портал. – 2009. 29. Никитаев В.М. Инженерное мышление и инженерное знание (логико-методологический анализ) // Философия науки. – 1997 30. Парфенова П.С. «Развитие инженерных компетенций обучающихся на основе конструкторской деятельности в процессе обучения физике» 31. Поволяева экспериментальной М.Н., работы Виноградова в условиях Л.И. модернизации Особенности российского образования // Внешкольник. М., 2005 32. Постановление об утверждении государственной программы Свердловской области «Развитие системы образования и реализация молодежной политики до 2025 года» 33. Ребро И.В., Мустафина Д.А., Рахманкулова Г.А., Абрамова О.Ф., Перевалова Е.А., Матвеева Т.А., Соколова Н.А. Формирование инженерного мышления в процессе организации А.Ю. Исторические профессиональной ориентации школьников 34. Рожик формирования инженерного мышления 57 этапы решения проблемы 35. Селевко Г.К. Современные образовательные технологии. Учебное пособие. М. 1998. 36. Сластенин В.А., Исаев И.Ф., Шиянов И.Н. Педагогика: учебное пособие для студ. высш. учеб. заведений. Издательский центр «Академия». 2013. 37. Тарасова Н.М., Петрова Р.И. Методика обучения учащихся решению экспериментальных задач по физике. 38. Турунтаев С.В., Москалев Ю.В., Гущин И.Ю. Экспериментальные физические задачи 39. Универсальные поурочные разработки по Физике 8 класс к учебнику А. В. Перышкина. Экспериментальные задания 40. Фаргиева З.С., Гарбакова З.С., Катиева Л. Анализ активных методов обучения в условиях реализации требований ФГОС нового поколения в системе / / Вестник науки и образования. 2016. 41. Чканикова А. Что это такое – инженерный тип мышления / / Первое сентября: газета. 2012. № 17. 42. Шайкина В.А., Ребро И.В., Мустафина Д.А. Особенности исследовательской деятельности при формировании инженерного мышления студента 43. Швецова А.А. Формирование инженерного мышления школьников в процессе проектно-исследовательской деятельности / / Инфоурок. 2016. 44. Шилов В.Ф. Домашние экспериментальные задания по физике. 911 классы. 58 45. http://www.econf.rae.ru/pdf/2016/04/5343.pdf 46. https://gigabaza.ru/doc/44315.html 47. https://infourok.ru/reshenie-eksperimentalnih-zadach-po-fizike-kakodin-iz-putey-povisheniya-kachestva-obrazovaniya-650070.html 48. https://minobraz.egov66.ru/site/section?id=303 49. http://psychology.snauka.ru/2012/06/673 50. https://studbooks.net/1939565/pedagogika/ponyatie_proektnaya_deyatel nost_suschnostnaya_harakteristika 59 Приложение Тест Беннета 1. Какой из тросов удерживает столб надежнее? 1) А 2)B 3)C 2. В каком случае легче поднять одинаковый по весу груз? 1) А 2) В 3) одинаково 60 3. Материал и сечения тросов А и В одинаковые. Какой из них выдержит большую нагрузку? 1) А 2) В 3) одинаково 4. Колесо и тормозная колодка изготовлены из одного и того же материала. Что быстрее износится: колесо или колодка? 1) колесо 2) колодка 3) одинаково 5. В каком направлении будет двигаться вода в системе шестерёнчатого насоса, если его шестерня вращается в направлении стрелок? 61 1) А 2) В 3) в обе стороны 6. Какая из шестерен вращается быстрее? 1) А 2)B 3)C 7. Вес фигур А, В и С одинаковый. Какую из них труднее опрокинуть? 1) А 2)B 3)C 8. Какой из лебедок труднее поднимать груз? 1) А 2) В 3) одинаково 62 9. Одинаков ли вес обоих ящиков или один из них легче? 1) А легче 2) В легче 3) одинаков 10. Какой из тракторов должен отъехать дальше для того, чтобы лодки остановились у берега? 1) А 2) В 3) одинаково 11. На дне емкости находится песок. Поверх него — галька (камешки). Как изменится уровень насыпки в емкости, если гальку и песок перемешать? 63 1) повысится 2) понизится 3) не изменится 12. Эти тела сделаны из одного и того же материала. Какое из них имеет меньший вес? 1) А 2) В 3) одинаково 13. В каком месте переломится палка, если резко нажать на ее конец слева? 1) А 2)B 3)C 64 14. Если необходимо поддержать стальным тросом построенный через реку мост, то как целесообразнее закрепить трос? 1) А 2)B 3)C 15. Допустим, что нарисованные колеса изготовлены из резины, В каком направлении нужно вращать ведущее колесо (левое), чтобы колесо Х вращалось в направлении, указанном пунктирной стрелкой? 1) А 2)B 3) не важно 16. Какая из рукояток будет держаться под напряжением пружины? 65 1) А 2)B 3) никакая 17. Какой из двух рельсов должен быть выше на повороте? 1) А 2) В 3) одинаково 18. В каком пакете мороженое растает быстрее? 1) А 2) В 3) одинаково 66 19. Если маленькое колесо будет вращаться в направлении, указанном стрелкой, то как будет вращаться большое колесо? 1) А 2) В 3) в обе стороны 20. Если верхнее колесо вращается в направлении, указанном стрелкой, то в каком направлении вращается нижнее колесо? 1) А 2) В 3) в обе стороны 21. Какое колесо кресла-коляски вращается быстрее при движении коляски? 67 1) А 2) В 3) одинаково 22. При каком виде передачи подъем в гору на велосипед тяжелее? 1) А 2)B 3)C 23. На какой емкости правильно нанесены риски, обозначающие равные объемы? 1) А 2)B 3)C 24. Какая из осей вращается медленнее? 68 1) А 2)B 3)C 25. Какой из камней, А или В, легче двигать? 1) А 2) В 3) одинаково 26. Как будет изменяться форма запаянной тонкостенной жестяной банки, если ее нагревать? 1) А 2)B 3)C 69 27. Какая из шестерен вращается в том же направлении, что и ведущая шестерня? А может быть, в этом направлении не вращается ни одна из шестерен? 1) А 2)B 3) никакая 28. Клапаны какого насоса находятся в правильном положении? 1) А 2)B 3)C 29. В каком направлении передвигали кровать в последний раз? 70 1) А 2)B 3) в обоих 30. Какими ножницами легче резать лист железа? 1) А 2)B 3)C 31. В каком направлении будет двигаться зубчатое колесо, если ручку слева двигать вниз и вверх в направлении пунктирных стрелок? 1) А 2)B 3) в обоих 71 32. В каком положении остановится деревянный диск со вставленным в него металлическим кружком, если диск катнуть? 1) А 2)B 3) ни в каком 33. Какая из шестерен, А или В, вращается медленнее, или они вращаются с одинаковой скоростью? 1) А 2)B 3) одинаково 34. Если левая шестерня поворачивается в указанном стрелкой направлении, то в каком направлении будет поворачиваться правая шестерня? 1) А 2)B 3) в обоих 72 35. Какая гусеница должна двигаться быстрее, чтобы трактор поворачивался в указанном стрелкой направлении? 1) А 2)B 3) одинаково 36. Зубчатая рейка Х двигается полметра в указанном стрелкой направлении. На какое расстояние при этом переместится центр шестерни? 1) 0,16 м 2) 0,25 м 3)0,5 м 37. У какой из калиток трос поддержки закреплен лучше? 73 1) А 2)B 3) одинаково 38. В каком положении остановится диск после свободного движения по указанной линии? 1) А 2)B 3) ни в каком 39. Если на круглый диск, указанный на рисунке, действуют одновременно две одинаковые силы 1 и 2, то в каком направлении будет двигаться диск? 1) А 2)B 3)C 74 40. Как распределяется вес между крюками А и В? 1) на А меньший вес 2) на B меньший вес 3) одинаково 41. В какую сторону занесет эту машину, движущуюся по стрелке, на повороте? 1) А 2)B 3) ни в какую 42. Нужны ли обе цепи, изображенные на рисунке, для поддержки груза, или достаточно только одной? Какой? 75 1) А 2)B 3) одной недостаточно 43. Какая цепь нужна для поддержки груза? 1) А 2)B 3)C 44. Какая из осей вращается медленнее? 1) А 2)B 3)C 45. С каким шариком столкнется шарик X, если его ударить о преграду в направлении, указанном сплошной стрелкой? 76 1) А 2)B 3)C 46. Бруски А и В имеют одинаковые сечения и изготовлены из одного и того же материала. Какой из брусков может выдержать больший вес? 1) А 2)B 3) оба одиноковый 47. Если нижнее колесо вращается в направлении, указанном стрелкой, то в каком направлении будет вращаться ось X? 1) А 2)B 3) в обоих 77 48. Какой талью легче поднять груз? 1) А 2)B 3) одинаково 49. Какое из колес, изготовленных из одинакового материала, будет вращаться дольше, если их раскрутить до одинаковой скорости? 1) А 2)B 3)C 50. Какой из этих цельнометаллических предметов охладится быстрее, если их вынести горячими на воздух? 78 1) А 2)B 3)C 51. В емкости находится лед. Как изменится уровень воды по сравнению с уровнем льда после его таяния? 1) уменьшится 2)увеличится 3)не изменится 52. Какими кусочками льда можно быстрее охладить стакан воды? 1) А 2)B 3)C 79 53. Из какого крана сильнее должна бить струя воды, если их открыть одновременно? 1) А 2)B 3) одинаково 54. Если первая шестерня вращается в направлении, указанном стрелкой, то в каком направлении вращается верхняя шестерня? 1) А 2)B 3) в обоих 55. На каком из рисунков правильно изображена вода, выливающаяся из отверстий сосуда? 80 1) А 2)B 3)C 56. На какой картинке правильно изображено падение бомбы из самолета? 1) А 2)B 3)C 57. В какой точке шарик двигается быстрее? 1) А 2)B 3) одинаково 58. Какая из осей, А или В, вращается быстрее или обе оси вращаются с одинаковой скоростью? 81 1) А 2)B 3) одинаково 59. На оси Х находится ведущее колесо, вращающее конусы. Какой из них будет вращаться быстрее? 1) А 2)B 3) одинаково 60. Как будет двигаться подвешенный груз, если верхнее колесо вращается в направлении стрелки? 1) вверх 2) вниз 3) не будет двигаться 82 61. Одинаковой ли плотности жидкостями заполнены емкости или одна из жидкостей более плотная, чем другая (шары одинаковые)? 1) А более плотная 2) B более плотная 3) одинаково 62. В речке, где вода течет в направлении, указанном стрелкой, установлены три турбины. Из труб над ними падает вода. Какая из турбин будет вращаться быстрее? 1) А 2)B 3)C 63. На какую высоту поднимется вода из шланга, если ее выпустить из резервуаров А и В, заполненных доверху? 83 1) как на рисунке А 2) как на рисунке В 3) до дна упадет 64. Какая из машин с жидкостью в бочке тормозит? 1) А 2)B 3)C 65. Какая из лошадок должна бежать на повороте быстрее для того, чтобы ее не обогнала другая? 1) А 2)B 3) одинаково 84 66. Каким способом легче везти камень по гладкой дороге? 1) А 2)B 3)C 67. В каком направлении будет вращаться вертушка, приспособленная для полива, если в нее пустить воду под напором? 1) А 2)B 3) в обоих 68. Какое из колес, А или В, будет вращаться в том же направлении, что и колесо X? 1) А 2)B 3) оба 85 69. В каком направлении будет вращаться вентилятор под напором воздуха? 1) А 2)B 3) в обоих 70. Какая из цепей менее напряжена? 1) А 2)B 3) обе одинаково 86 Ответы: 1—3 25 — 1 49 - 3 2- 1 26 — 3 50 - 3 3- 2 27 — 3 51 - 1 4—2 28 — 2 52 - 2 5—1 29 — 2 53 - 2 6—3 30 — 2 54 - 1 7—3 31 — 2 55 - 2 8-2 32 — 1 56 - 1 9—1 33 — 3 57 - 1 10 — 1 34 — 2 58 - 2 11 — 2 35 – 2 59 - 1 12 — 1 36 — 2 60 - 2 13 — 1 37 — 2 61 - 2 14 - 2 38 — 2 62 - 3 15 — 2 39 — 2 63 - 2 16 — 1 40 — 2 64 - 2 17 — 1 41 — 2 65 - 1 18 — 2 42 — 2 66 - 1 19 — 3 43 — 2 67 - 2 20 — 1 44 — 1 68 - 3 21 — 1 45 — 2 69 - 2 22 — 3 46 — 2 70 - 2 23 — 1 47 - 2 24 — 3 48 - 2 87
